多层螺旋CT的发展

所谓多层螺旋CT是指在一次扫描旋转过程中能同时获得多达4个层面以上投影数据的成像系统。它是CT发展的又一次革命性创新，其扫描速度由普通CT的几秒提高到亚秒，成像速度及图像质量也明显提高，临床应用范围不断扩大，大大促进了影像医学的发展。

一  多层CT的发展情况

1985年，CT机扫描采用滑环技术来实现馈电及信号传输。1988年，在滑环技术日益完善和成熟的基础上，研发成功螺旋CT机。1992年，推出了双排探测器的CT机。1998年同时进行4层图像采集的多层CT机问世。2000年，一次采集8层图像的CT机诞生。2001年推出了16层采集的CT机。在2003年，东芝公司率先推出了64排多层螺旋CT，加上三维工作站的应用更为临床医生开辟了新的领域，目前西门子的SOMATOM Sensation 64层CT系统旋转一周只需要0.37s。在2005年，西门子公司和先灵公司共同研制的X射线CT新技术，首次在SOMATOM Definition产品上同时使用两个X射线源和两台探测器，它也是世界上第一个双源CT系统。由于它同时使用两个X射线源和两台探测器，而现在的CT系统只使用一个射线源和一台探测器，所以新系统比任何一种现有的CT快速。

二  多层CT的需求

问题一：尽管螺旋CT的出现已经使体积覆盖能力大幅度提高，但是许多临床应用都需要更多的体积覆盖能力和更薄的切片厚度，一个例子就是CT血管造影术。这种应用需要在造影增强的稳定阶段快速获取体积图像。对于胸腹大动脉研究，感兴趣体积包括整个胸部和腹部，往往在病人轴(Z轴)方向需要45~60cm长。另一个更为苛刻的情况是腹部和腿部血管的血流研究，范围从腹腔动脉到腓动脉，常常要求的体积覆盖在Z轴方向上为90~120cm。为保证造影增强良好和病人呼吸运动最小，希望能在20~40s完成全部检查。为了在30s内覆盖60cm的范围，检查床就必须以2cm/s的速度移动。单层CT能够在0.5s旋转一周，那么在这样的覆盖范围内就很难获得5mm或者更小的切片厚度。如果采用更小的切片厚度和更慢的螺距，那么覆盖同样体积所需要的时间就会增加，这样可能会失去造影增强的最佳时机，延长扫描时间和注射造影剂还会妨碍动脉相器官的检查。

问题二：第二个问题是小准直尺寸和慢螺距情况下病人的运动。这对胸部和腹部检查尤为重要。一般病人能够屏气的时间周期大约是20~30s。对于超过这个范围的检查，需要多次屏气。尽管每个屏气间重建的图像都没有呼吸带来的运动伪影，但是不同屏气间的不配准是不可避免的(要求病人精确重复屏气的程度几乎是不可能的)。由于许多检查、研究都需要三维观察，相临切片之间的不配准会让人感到问题棘手。

问题三：薄准直引起的球管利用率问题。当使用薄准直时，产生的X光子的大部分被准直器阻拦，没有到达病人。例如，1mm准直器产生的可用X光子总数量大约是10mm准直时可用X射线光子的十分之一。为补偿X射线束流的减少(维持图像同样的躁声水平)，则需要增加X射线球管的电流，这就引起了强制的X射线球管冷却，减少了可工作的时间。在造影剂增强的检查中，CT扫描被中断显然是不能接受的。

从以上提出的几个问题，可以明确知道，问题的根本原因是切片厚度和单切片体积覆盖能力之间的不可避免的相互影响和折中问题，由于探测器没有Z轴方向分辨的能力(探测器无法知道射到探测器的射线光子的位置)，CT扫描机Z轴方向的空间分辨率主要由X射线的宽度决定。若探测器能提供Z轴方向的分辨能力，X射线束在Z轴方向的宽度就和分辨率或切片厚度无关。换言之，我们可以使用宽的X射线束(具有更好的X射线利用率和较大的体积覆盖能力)来获取小的切片厚度。这就引起了多层CT的发展。